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Regenerator Die Erfindung betrifft einen Regenerator für regenerativ
betriebene metallurgische Schmelzöfen,' insbesondere einen für Siemens-Martin-Üfen
be-.stimmten Regenerator, einschließlich seiner Gitterungen.
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Bei den bisher bekannten Regeneratoren wurde normalerweise die Regeneratorkammer
aus Silika-oder Tonziegeln und die Gitterung aus feuerfestem Ton, wie Schamotte,
ausgeführt. Die Verwendung dieser bekannten Regeneratoren bringt jedoch verschiedene
Schwierigkeiten und Nachteile mit sich. Bekanntlich führen die Rauchgase Staub mit,
der bei höheren Temperaturen korrodierend auf Silika-oder Tonziegel wirkt; niedere
Temperaturen sind aber bei Regeneratoren unerwünscht. Der die Regeneratoren angreifende
Staub bildet Schlacken, welche an den Wänden herabfließen, gegebenenfalls Zerstörungen
der Regeneratoren verursachen, zu Verstopfungen der 'Schlackenkammern führen und
ein ständiges Beobachten während des Ofenbetriebes erfordern.
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Ferner ist die Wärmeaufnahme durch Silika-oder Schamottesteine und
durch eine Schamottegitterung eine beschränkte, so daß unverhältnismäßig viel Zeit
zu#n Erhitzen der Gitterungen erforderlich ist. Zudem verlassen die Rauchgase die
Gitterungen mit unzulässig hoher Temperatur und enthalten noch eine beträchtliche
Wärmemenge, die
bisher in für den Betrieb des Ofens überflüssigen
Objekten, z. B. Heizkesseln od. dgl., nutzbar gemacht werden mußte.
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Die Erfindung bezweckt, die Bildung von flüssiger Schlacke im Regenerator
und die korrodierenden Einflüsse der Rauchgase auf die feuerfesten Baustoffe des
Regenerators zu vermeiden.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der von den abziehenden
Rauchgasen zuerst durchströmte Regeneratorteil einschließlich seines Wärmespeichers
aus neutralem oder basischem, feuerfestem Material besteht, das gegen Angriffe der
Schlacke widerstandsfähiger ist als das des von den abziehenden Rauchgasen später
durchströmten Regeneratorteiles samt Wärmespeicher. Zweckmäßig weist der aus basischem
oder neutralem, feuerfestem Material bestehende Regeneratorteil mehrere von vertikalen
glatten Trennwänden, die als Wärmespeicher wirken, begrenzte Durchgangswege für
die Rauchgase auf, während der in der abziehenden Richtung der Rauchgase später
von diesen durchströmte Regeneratorteil eine Gitterung besitzt.
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Ganz allgemein kann der Regenerator gemäß der. Erfindung so aufgebaut
sein, daß der den Regenerator mit dem Ofenraum verbindende Schacht, der Regeneratorteil,
der von den Rauchgasen zuerst, und der Regeneratorteil, der von den Rauchgasen anschließend
durchströmt wird, nebeneinander angeordnet sind und durch Öffnungen in den dazwischenliegenden
Trennwänden derart miteinander verbunden sind, daß die Rauchgase, die im Schacht
von oben nach unten strömen, im zuerst durchströmten Regeneratorteil von unten nach
oben und im anschließend durchströmten Regeneratorteil von oben nach unten strömen.
Ferner kann der zuerst von den Rauchgasen durchströmte Regeneratorteil ganz oder
teilweise aus ungebrannten Steinen bestehen.
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Bei einer bevorzugten Ausführung des Regenerators wird den Rauchgasen
die Wärme zuerst durch eine neutrale oder basische, feuerfeste Kammer und durch
neutrale oder basische, feuerfeste Wärmespeicher entzogen. An einer in der Richtung
der Strömung der Rauchgase späteren Stelle -werden die Rauchgase zweckmäßig durch
Schamottegitterungen geleitet.
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Bei den hier in Betracht kommenden feuerfesten Stoffen ist die spezifische
Wärme im wesentlichen eine Funktion des Gewichtes. Da neutrales oder basisches,
feuerfestes Material ein spezifisches Gewicht hat, das ungefähr dem eineinhalbfachen
spezifischen Gewicht von Silika oder Schamott-- entspricht, .ist dementsprechend
das Wärmeleitungsvermögen um nahezu 50°/o größer; hierdurch wird die Fähigkeit des
neutralen öder basischen, feuerfesten Anteiles des Regenerators zur Wärmespeicherung
entsprechend vergrößert.
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Da bislang die korrodierende Wirkung der Rauchgase die Arbeitstemperatur
des Regenerators beschränkt hat, dagegen die Rauchgase bei einem Regenerator gemäß
der vorliegenden Erfindung nicht mehr korrodierend wirken, ist es möglich, die durch
den erfindungsgemäßen Regenerator erzielbare Temperatur gegenüber einem Regenerator
der bisher bekannten Art zu steigern. Mit einem erfindungsgemäßen Regenerator kann
die Arbeitstemperatur ohne Gefährdung des Regenerators bei jedem Erhitzungskreislauf
bis auf 1q.26° C oder mehr erhöht werden.
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Wenn in der vorliegenden Beschreibung und den Patentansprüchen auf
neutrale oder basische, feuerfeste Steine Bezug genommen wird, so sollen darunter
Steine aus feuerfesten Materialien, wie Magnesia, Chromit, Magnesiachromit oder
Chrommagnesia, in gebranntem oder ungebranntem Zustand verstanden werden, wie sie
auf dem in Frage kommenden Gebiete bekannt sind. Ungebrannte Steine sind gegen Temperaturschwankungen,
wie sie bei Umkehrung der Gasströmung auftreten, beständiger.
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In den Zeichnungen ist eine der zahlreichen Ausführungsmöglichkeiten
des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
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Fig. i stellt einen nach der Schnittlinie I-I der Fig.2 geführten
Teilquerschnitt durch das Ende eines Siemens-Martin-Ofens und durch einen Regenerator
gemäß der vorliegenden Erfindung dar; Fig. 2 zeigt einen nach der Schnittlinie II-II
der Fig. i oder 3 geführten Längsmittelschnitt durch das eine Ende des Siemens-Martin-Ofens
und dessen Regenerator; in Fig.3 ist in kleinerem Maßstab ein nach der Schnittlinie
III-III der Fig. 2 geführter Schnitt durch den Siemens-Martin-Ofen dargestellt.
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Die besondere Ausführung einer metallurgischen Regenerativfeuerung,
zweckmäßig eines Siemens-Martin-Ofens 2o, besitzt einen Herd 21, welcher eine Charge
22 aus geschmolzenem, mit Schlacke bedecktem Metall enthält, ferner Seitenwände
23 und eine Decke 2q.. Bei der in der Zeichnung dargestellten Bauart weist die Decke
an jedem Ende 26 angrenzend und oberhalb des inneren Brennerendes 27 einen allmählich
ansteigenden Teil 25 auf, welcher eine solche Ablenkung der in den Herdraum von
unten einströmenden Verbrennungsluft bewirkt, daß diese unter Eigenenergie dem Brennstoffstrahl
auf seinem Wege zum Bad allmählich zugeführt wird. Als Brennstoff wird vorzugsweise
Gas oder Öl verwendet. Der oberhalb des Herdes gelegene Teil der Decke ist zweckmäßig
im Längsschnitt gerade und im Querschnitt gewölbt ausgebildet. Wie aus Fig. i ersichtlich,
ist auch der Teil 25 im Querschnitt gewölbt ausgeführt. Selbstverständlich können
auch andere zweckmäßige Deckenkonstruktionen zur Anwendung gelangen. Oberhalb der
Decke ist ein Tragwerk 28, zweckmäßig in Stahlkonstruktion, angeordnet, das in bekannter
Weise zur Aufhängung der Decke verwendet werden kann. Nahe dem Ende des Ofens sind
zusätzliche Öffnungen 29 vorgesehen, welche durch nicht dargestellte Pfropfen verschlossen
werden können.
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Unterhalb des Brenners und an jedem Ende des Herdes ist eine Mauerbrücke
30 und jenseits derselben gegen jedes Ofenende hin ein Luftschacht 31 vorgesehen,
der zweckmäßig aus zwei zu beiden
Seiten des Brenners oder der
Brenner in den Ecken der Fetierung gelegenen Schächten 32 besteht, die durch einen
feuerfesten Lüftungstunnel 33 voneinander getrennt sind. Der Lüftungstunnel 33 ist
hohl ausgebildet und besitzt in seinem Innern Stahlträger 34, welche für Kühlungszwecke
nach dem Ende des Ofens hin offen sind und von der Stahlkonstruktion 28 getragen
werden.
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Unterhalb des Schachtes 31 und mit diesem verbunden ist ein Regenerator
35 vorgesehen, der eine unmittelbar unter dem Schacht 31 gelegene Schlakkenkammer
36 besitzt, zu der ein Zugang durch eine Tür 37 vorgesehen ist, um die angesammelten
Ablagerungen entfernen zu können. Über dem Boden des Schachtes 31 ist an der einen
Ofenseite eine geeignete aufgehängte Scheidewand 38 aus neutralen oder basischen,
feuerfesten Steinen in Hängekonstruktion aufgeführt, welche knapp über dem Boden
4o der Schlackenkammer endet und einen Querdurchgang 4i frei läßt, durch welchen
die Rauchgase den Schacht 31 und die Schlackenkammer 36 verlassen und in
den Regenerator einströmen. Zur Aufführung der Trennwand 38 kann irgendeine der
bekannten Hängewandkonstruktionen in Anwendung kommen.
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Unmittelbar jenseits der Scheidewand 38 ist ein mehrschachtiger, in
vertikaler Richtung durchströmter Wärmespeicher 42 aus neutralen oder basischen,
feuerfesten Steinen angeordnet. Dieser Speicher weist eine Anzahl von aus neutralen
oder basischen, feuerfesten Steinen beistehenden Trennwänden 42 auf, welche den
Gasstrom aufspalten und durch mehrere getrennte enge Durchgänge führen, wodurch
eine innige Berührung zwischen den heißen Gasen und den Wänden 42' bewirkt wird.
Vom Boden 4o des Regenerators erstreckt sich eine aus neutralem oder basischem,*feuerfestem
Material bestehende Gitterwand 43 bis zu einer Höhe, die etwas unterhalb der gleichfalls
aus neutralem oder basischem, feuerfestem Material bestehenden und zweckmäßig in
Hängekonstruktion ausgeführten Regeneratordecke 44 liegt. Die Wände 42' enden zweckmäßig
knapp unterhalb der Decke 44 und lassen einen Durchgang 45 oberhalb der Wände
42' und oberhalb der Gitterungswand 43 frei.
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Es ist zweckmäßig, die Regeneratorkammer und den.Wärmespeicher bis
zu diesem Abschnitt und einschließlich dieses Abschnitts durchweg aus neutralen
oder basischen, feuerfesten Steinen, wie Magnesia-,. Chromit-, Magnesiachromit-
oder Chrommagnesiasteinen, aufzubauen. Dies ist in den Fig. i und 2 durch die gleichartige
Schraffur der Schnittfläche zum Ausdruck gebracht. Dies bedeutet, daß das ganze
Kammerbauwerk an den Seiten und dem Boden des Schachtes, die Schlackenkammer, die
Scheidewand 38, der Wärmespeicher 42, die Gitterungswand 43 und die Regeneratordecke
44 aus solchen neutralen oder basischen, feuerfesten Steinen hergestellt sind. Hier
treffen die Rauchgase in ihrem heißesten Zustand auf. jenseits dieser Stelle kann
der Regenerator in bekannter Weise aus'Schamotte oder aus Silikasteinen mit Schamottegitterungen
aufgebaut sein. Es können daher die zweckmäßig in Hängebauart ausgeführte Regeneratordecke
46, die Seitenwand 47 der Kammer, die jenseits der Gitterungswand 43 an diese anschließende
Gitterungswand 48 und das Bodenmauerwerk 5o bis zum weiter weg liegenden Ende des
Regenerators einschließlich dieses durchweg aus Schamotte- oder Silikasteinen bestehen.
Die jenseits der Gitterungswand gelegene Gitterung 51 mit einer Mehrzahl von Durchgängen
besteht zweckmäßig, wie üblich, aus Schamottegittersteinen. Die Gitterung
51 ist vorzugsweise als Fallstromgitterung- ausgeführt.
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Die gesamte horizontale Querschnittsfläche der Durchgangswege 422
im Wärmespeicher kann verhä--tnismäßig klein gehalten werden; sie soll innerhalb
der Größenordnung liegen, die durch ein Verhältnis zur gesamten Horizontalfläche
des Herdes vom Wert o,oio bis o.o6o bestim.nt ist. Hierdurch wird ein kräftiger
Gasstrr)m im Wärmespeicher gewährleistet; ferner ivnrscn :ie Wärmeverluste vom neutralen
oder basischen Teil zu anderen Teilen des Regeneratorr# auf ein Minimum verringert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung strömen die Rauchgase am abziehenden
Ende des Ofens durch einen Schacht nach unten und unter einer Scheidewand hinweg,
ziehen dann zwischen einer Gitterungswand und der Scheidewand durch einen mehrschachtigen,
vertikale Durchgänge bildenden Wärmeaustauscher (Wärmespeicher) nach oben und bewegen
sich unter einer Regeneratordecke weiter, wobei alle diese Bauteile durchweg aus
neutralen oder basischen, feuerfesten. Steinen bestehen. Im weiteren Verlauf strömen
die Rauchgase durch den restlichen Teil der Regeneratorkammer und durch eine Gitterung,
welche Teile aus den üblichen Baustoffen, wie aus Schamotte oder Silika für die
Kammer und aus Schamotte für die Gitterung, bestehen. Wenn der Regenerator umgeschaltet
und die Luft an jenem Ofenende eingeführt wird, wo die Rauchgase vorhergehend ausgeströmt
waren, so durchfließt die Luft zuerst die Schamottegi'tterung und dann den neutralen
oder basischen, feuerfesten Wärmespeicher in dem neutralen oder basischen, feuerfesten
Abschnitt der Kammer.
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Der Umstand, daß die Kammer und der Wärmespeicher aus neutralem oder
basischem, feuerfestem Material eine größere Wärmeleitfähigkeit als die früher verwendeten
feuerfesten Baustoffe besitzen, macht den Regenerator in der Aufnahme und Abgabe
der Wärme wirksamer und setzt die erforderliche Zeit herab.
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Die Unempfindlichkeit des neutralen oder basischen, feuerfesten Materials
im Regenerator gegen korrodierende Angriffe macht es im Gegensatz zu Silika oder
Schamotte möglich, mit höheren Temperaturen und mit geringerer Sorgfalt zum Schutze
der Gitterungen zu arbeiten.
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Das Verhältnis der Durchströmquerschnitte in dem mehrschachtigen,
neutralen oder basischen, feuerfesten Wärmespeicher zum Querschnitt der Durchgangswege
im restlichen Teil des Regenerators
ist verhältnismäßig klein,
so daß der Verlust durch Strahlung vom neutralen oder basischen, feuerfesten Wärmespeicher
gegen andere Teile des Regenerators entsprechend herabgesetzt wird.
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In dem Regenerator gemäß der Erfindung findet in der Schlackenkammer
keine nennenswerte Ansammlung-von flüssiger Schlacke statt, und das Gesamtvolumen
der Ablagerung in der Schlackengrube ist kleiner als bei den bekannten Ausführungen.
Im übrigen wird in der Schlackenkammer bloß Staub gesammelt.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird somit der Wirkungsgrad
des Regenerators erhöht, der Regenerator widerstandsfähiger gegen zerstörende Angriffe
gemacht und in gleicher Weise auch die Geschwindigkeit des Ofenbetriebes gesteigert.
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Das neutrale oder basische, wärmespeichernde Material im Wärmespeicher
kann statt in der Ggstalt von Wänden aus neutralen oder basischen Steinen auch in
irgendeiner anderen für wärmespeichernde Füllungen bekannten Form, wie z. B. als
Gitterung, verwendet werden.